Das Verteilungsnetz der Zukunft – neue Assets, Anwendungen und Dienstleistungen 16. Kassler Symosium Energie-Systemtechnik 6. Oktober 2011 Dr. Wolfgang Woyke

Energiewende bedingt massive Änderungen auch in den Netzen Europäische & nationale Ziele 20%-ige Reduktion CO2-Ausstoß 35%-iger Anteil Erneuerbarer an der Stromerzeugung Laufzeitverkürzung … Änderungen aufgrund smarter Energieanwendungen Leistungsstarke Verbraucher - E-Mobility, Wärmepumpen … Dezentrale Erzeugung – Erneuerbare Energien, KWK, Batteriespeicher … Intelligente Verteilnetze – IT-Technologien, Smart Meter … Sicherstellung der Balance im energiepolitischen Zieldreieck – heute & morgen Versorgungssicherheit Wirtschaftlichkeit Nachhaltigkeit 1 Externer Einfluss durch Energiepolitik und neue Kundenwünsche/-Anwendungen macht Netzmodernisierung zwingend erforderlich. Das Netz ist immer schon das Fundament des Energiesystems gewesen. Für ein neues Energiesystems und neue Anwendungen ist auch im Netz ein Aus- und Umbau notwendig. Die aktuelle politische Debatte und Beschlüsse mit einem früheren Ausstieg aus der Kernenergie und einem noch schnelleren Umstieg auf die Erneuerbaren bedeutet für das Netz, dass auch hier die Modernisierung noch viel schneller vonstatten gehen muss, als bislang vorgesehen war. 2 1 3 2 3 => Innovation erfordert kontinuierliche Projektarbeit

Anwendungen und Technologien Datenerfassung, Steuerung, Regelung Technische Komponenten von Smart Grid Anwendungen und Technologien Datenerfassung, Steuerung, Regelung Regelbarer Ortsnetz-transformator Netzregler Blindleistungs-regelung Speicher im Verteilnetz Messtechnik im Netz Netzleittechnik Einspeise-management Wetterstation Netzbetreiber E-Mobility Speicher beim Kunden Neue Anwendungen Smart Meter Wie in Abbildung 1 dargestellt kann das elektrische Verteilnetz horizontal in die Starkstromseite (Primärtechnik) und die Seite zur Datenerfassung, Steuerung und Regelung erforderlichen Systeme (Sekundärtechnik) unterteilt werden. In einer vertikalen Sortierung der Rollen von Verteilnetzbetreiber und Kunde lassen sich Technologien, die zur Optimierung des Netzbetriebs dienen dem Verteilnetzbetreiber zuordnen, während Technologien, die neue Anwendungen für Kunden darstellen eindeutig diesem zugeordnet werden können. Elektrische Energiespeicher als Sonderform können in unterschiedlicher Ausprägung auf beiden Seiten auftauchen. Basierend auf diesem Ordnungsschema werden im Folgenden die einzelnen Technologien bzgl. ihrer technischen Ausprägung und künftigen Einsatzes beschrieben. Kunde 3 3

Regelbarer Ortsnetztransformator (rONT) Technik Ortsnetztransformator mit Stufenschalter, der entweder von Spannungsmessung oder rückgespeister Leistung geregelt wird Projekte Hohe Wind- und PV-Einspeisung im Mittel- und Niederspannungsnetz – E.ON Mitte Neue Anwendungen beim Kunden – E.ON Avacon Häufung PV Einspeisung ländlich – E.ON Bayern Ortsnetztransformatoren mit Stufenschaltern sind in den höheren Spannungsebenen Stand der Technik. Im Niederspannungsnetz werden nun erste Pilotgeräte getestet, die in verschiedener Ausprägung die Spannungshaltung aktiv unterstützen. Status Installation und Test erster Pilotgeräte Anwendung Anpassung des Spannungsniveaus im nachgelagerten Niederspannungsnetz Hersteller des abgebildeten regelbaren Ortsnetztransformators ist Maschinenfabrik Reinhausen 4 4

Netzregler Technik Regelung der Spannung in nachgelagerten Netzbereichen durch magnetisch gesteuerte Hilfskreise Projekte Hohe PV Einspeisung im Netzausläufer – E.ON Mitte In langen Netzausläufern des Niederspannungsnetz werden in wenigen Ausnahmesituation bereits heute Booster eingesetzt, die die Spannung aktiv regeln und damit von den angrenzenden Netzbereichen entkoppeln. Erste Pilotanwendungen zeigen, das diese Systeme bei hoher dezentraler Einspeisung künftig wohl neue Einsatzmöglichkeiten finden werden Status Installation und Test erster Pilotgeräte Anwendung Anpassung des Spannungsniveaus im nachge-lagerten Niederspannungsnetz 5 5

Blindleistungsregelung Technik Blindleistungsregelung (Kennlinien) in Wechselrichtern dezentraler Einspeisung Vergleich verschiedener Verfahren bei PV-Wechselrichtern – E.ON Bayern Spannungs-Blindleistungsregelung von Windkraftanlagen im Mittelspannungsnetz – E.ON Edis Projekte Die Wechselrichter dezentraler Einspeisung sind technisch in der Lage die Spannung durch Blindleistungseinspeisung bzw. Bezug zu beeinflussen. Gesteuert durch Kennlinien kann dies dezentral ohne zusätzlichen Aufwand für Kommunikation erfolgen. Alternativ können innerhalb von Netzsegmenten Regelkreise aufgebaut werden. Status Simulation verschiedener Verfahren in Studien und Geräte im Feldversuch Anwendung Anforderungen und mögliche Dienstleistungen von Erzeugungsanlagen zur Spannungshaltung 6 6

Speicher im Verteilnetz Technik Stationäre Batterien im Verteilnetz zur Direktvermarktung von erneuerbaren Energien Projekte Studie und Vorarbeit – E.ON Hanse AG Batteriespeicher in einer der Mittelspannung entsprechenden Dimensionierung zwischen einem und mehreren Megawatt Leistung sind als Containersysteme in Pilotanlagen verschiedener Batteriechemie verfügbar. Es bieten sich verschiedene Anwendungen wie der Ausgleich fluktuierender Einspeisung aus erneuerbarer Energieerzeugung zur Direktvermarktung an. Weitere Anwendungsfelder sind die aus Entwicklungsregionen bekannten Inselnetze sowie zeitlich begrenzte Engpässe im Netzausbau. Status Pilotanlagen Anwendung Veredelung fluktuierender Einspeisung aus PV und Windkraft 7 7

E-Mobility Technik Ferngesteuertes Beladen (DSM) und Nutzung der Fahrzeugbatterie als Speicher (V2G); Ladetechnologien (AC – DC – Induktiv) Projekte Flottenversuch Elektromobilität – E.ON AG Sammlung von Erfahrungen über Nutzerverhalten –E.ON AG Entwicklung bidirektionale Ladeinfrastruktur (Hausladung und Schnellladung) – E.ON AG Die sich rasch entwickelnde Ladetechnologie der Elektromobilität ist begleitet von einer rasch wachsenden Nachfrage nach Ladeleistung. Technische Begrenzungen der Gebäudeinstallation und der Hausanschlussleistung setzen hier erste Grenzen. Systeme, die den Ladevorgang zeitlich steuern, liefern aber Möglichkeiten, hier die Auslastung von Netzen zu optimieren oder als ausgleichender Speicher der Energieerzeugung neue Wertbeiträge zu erzielen. Status Seriengeräte für AC-Laden; Pilottests für innovative Ladekonzepte Anwendung Stromprodukte mit reduziertem CO2 Footprint; Optimierte private und öffentliche Ladeinfrastruktur 8 8

Speicher beim Kunden Technik Stationäre Batterien (z.B. Lithium-Ionen) beim Kunden zur Eigennutzung von PV-Strom Projekte Sol-Ion – E.ON Bayern Mit der Förderung von eigen genutztem Strom aus PV Anlagen werden auch bei Privatkunden Batteriespeicher lukrativ. Auch wenn eine großflächige Verbreitung derzeit von den hohen Systemkosten aufgehalten wird, werden sich mittelfristig diese Systeme als Ergänzung von PV Systemen im Markt etablieren. Es sind verschiedene Betriebsweisen im Netz denkbar, die für den Netzbetrieb unterschiedliche Auswirkungen haben. Dies sind die optimierte Eigennutzung von PV Strom, die Direktvermarktung von PV Strom, die Speicherung von PV Strom bei reduzierendem Einspeisemanagement oder die Reduktion von Netzlasten. Status Pilotanlagen Anwendung Vermeidung von Einspeisespitzen; möglicher Einsatz für energie- und netzwirtschaftliche Dienste 9 9

Neue Anwendungen beim Kunden Technik Messung der Netzauswirkungen durch Ausstattung von Haushalten mit E-Autos, PV-Anlagen, Beleuchtungs- und Klimatechnik Projekte Auswirkungen der Häufung neuer Anwendungen (E-Mobility, Klimageräte) – E.ON AVACON Mikro KWK – E.ON Bayern Insbesondere die Anhäufung neuer Anwendungen beim Kunden werden einen großen Einfluss auf das Lastprofil und die Gleichzeitigkeit, für die ein Kundenanschluss ausgelegt werden muss, haben. Bereits heute ist ab zu sehen dass dies Elektromobilität, dezentrale Erzeugung, Klimatisierung und Beleuchtungstechnik sein werden. Durch gezielte Förderung dieser Anwendung in einem konzentrierten Versorgungsgebiet werden heute schon erste Planungsgrundlagen für die Netze der Zukunft gelegt. Status Erprobung von Seriengeräten Anwendung Auswerten des „neuen“ Kundenverhaltens, um Herausforderungen an bestehendes Verteilnetz zu quantifizieren 10 10

Messtechnik im Netz Technik Ausstattung von Ortsnetzstationen mit Messtechnik und Kommunikationsanbindung Projekte Intelligente Ortsnetzstationen; Messung niederfrequenter Schwingungen in UW- Bereichen – E.ON Westfalen Weser PQ-Messung an kritischen Punkten – E.ON Bayern Intelligente Stationen im MS-Netz - E.ON Edis Eine mit der Installation von PV einher gehende höhere Auslastung der Verteilnetze erzwingt, dass die Instrumentierung der Niederspannungsnetze mit Messtechnik ausgebaut werden muss. Durch den konzentrierten Ausbau einzelner Netzbereiche können Verfahren und Kriterien entwickelt werden, wie künftig Messtechnik für Störungssuche und Meldesysteme aus zu legen sind. Status Kombination neuer Fernwirk- und Kommunika-tionstechnik mit konventioneller Netzleittechnik Anwendung Melden, Überwachen und Dokumentieren für Netzführung und Netzplanung 11 11

Wetterstation Erfassung lokaler Wetterdaten Technik Erfassung lokaler Wetterdaten (Globalstrahlung, Wind, Temperatur) Projekte PV-Einspeisung in der Niederspannung – E.ON Bayern Windeinspeisung in der Mittelspannung/ Hochspannung – E.ON Edis Status Für das Einspeisemanagement von PV Anlagen ist es notwendig, über die Dienstleistungen von Anbietern für Wetterprognosen hinaus die örtliche Wettersituation zu erfassen. Kommerziell verfügbare Systeme werden installiert, mit Kommunikationstechnik ausgerüstet und in die Netzleittechnik integriert. Einsatz kommerzieller Systeme Anwendung Einschätzung der lokalen PV-Einspeiseleistung und Windeinspeisung 12 12

Einspeisemanagement Fernwirktechnik; Funkrundsteuerung Projekte Windeinspeisung in der Mittelspannung/ Hochspannung – E.ON Edis PV in der Niederspannung – E.ON Bayern Einspeisemanagement (EnWG) ist nötig, um den praktischen Netzbetrieb sicherstellen zu können, da zeitweise vom Normalschaltzustand abgewichen werden muss. Im Fall von Störungen, Wartungsarbeiten, Anschlusserstellung für weitere Kunden, Arbeiten von Dritten in der Nähe von Versorgungsanlagen (Straßenbau, Kanalbau…) etc. werden Netzteilabschaltungen und Netzumschaltungen vorgenommen. In den betroffenen Stromkreisen würde diese Zuschaltung von weiteren Einspeisern zu Netzüberlastungen bzw. Überspannungen führen. Deshalb ist es erforderlich, vor der Umschaltung in den betroffenen Stromkreisen Einspeisemanagement anzuwenden. Status Entwicklung der Systemstruktur Anwendung Reduktion der Einspeiseleistung in kritischen Netzsituationen 13 13

Netzleittechnik Technik Protokolle 101 und 104 mit verschiedenen Kommunikationsmedien; Datensicherheit Projekte Datenmanagement (IKT und Netzführung) – E.ON Westfalen Weser Überwachung und Steuerung – E.ON Edis Für Meldeanlage, Steuerung und Überwachung werden neue Signale und weiter gehende Funktionen in der Netzleittechnik verarbeitet werden. Dabei sind geeignete Protokolle, Kommunikationsmedien und Aspekte der Datensicherheit zu berücksichtigen. Status Einsatz kommerzieller Systeme und Entwicklung des Datenmodells Anwendung Überwachung, Steuerung, Dokumentation 14 14

Smart Meter Technik Haushaltszähler mit Kommunikation und skalierbarer Funktionalität Projekte Neue Anwendungen beim Kunden – E.ON Avacon PV in der Niederspannung – E.ON Bayern Smart Meter für dezentrale Einspeisung – E.ON Edis Das zentrale Gerät beim Kunden ist der Smart Meter. Obwohl er mit unterschiedlichen Funktionalitäten ausgerüstet sein kann, kann man davon ausgehen, dass er im Unterschied zum heutigen Standardzähler mit Kommunikation ausgerüstet ist. In Kombination mit den anderen Funktionen von Smart Grid wird er wohl die Schaltstelle für neue Anwendungen des Kunden und seinen dezentralen Erzeugungsanlagen sein. Status Geräte Massenware; Kundenschnittstelle in Entwicklung Anwendung Onlineportal; Komplexe Messdienstleistungen; Spannungs- und Leistungsmessung 15 15

Dienstleistung aus Sicht des Verteilnetzbetreibers EEG-Förderung Regelenergie Energiemarkt Einspeisemgmt. Spannungsregelung Eigennutzung Minutenreserve Dynamische Tarife Engpass- beseitigung Spannungsstützung Reguliert Wettbewerb Regelenergie Wettbewerb Energiemarkt Technische Umsetzung in Vorbereitung Betrieb in lokalen Systemen zur Spannungsregelung Begr. Deckungsb. Marktwert gering Marktwert gering Neutral (+/- O) Belastung Belastung Neutral (+/- O) Entlastung Leistungsbeitrag im Verteilnetz => Dienstleistungen müssen technisch abgrenzbar und bewertbar sein 16 16

Zusammenfassung Innovation im Verteilnetz erfordert regional und an die Situation angepasste Entwicklungsschritte Es müssen flexible Lösungsoptionen entwickelt werden für Neue leistungsstarke Anwendungen Dezentrale Erzeugungsstrukturen Komplexes Marktumfeld E.ON verfolgt ein ausgewogenes, Ziel führendes Projektprogramm für die Innovation in seinen Verteilnetzen

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit